Структурный метод анализа рисков сбоя в комбинационных схемах

Материал из Национальной библиотеки им. Н. Э. Баумана
Последнее изменение этой страницы: 20:02, 23 июня 2016.

Структурные методы анализа рисков сбоя - направлены на получение необходимых свойств реализации устройства при неизменном алгоритме его работы. В общем случае одной из основных задач синтеза комбинационных схем, свободных от статических рисков сбоя и представленных в дизъюнктивных нормальных формах (ДНФ), будет отыскание таких минимальных покрытий единичных клеток ФАЛ в карте Карно импликантами (контурами на картах Карно), в которых любые соседние единичные клетки покрыты по меньшей мере одной импликантой (контуром). Аналогично для функции, представленной в конъюнктивной нормальной форме (КНФ), необходимо найти такое минимальное покрытие нулевых клеток карты Карно, в которым любые две соседние нулевые клетки покрыты по крайней мере одним контуром. Часто рисков сбоя можно избежать, если использовать ранний сигнал для включения (выключения) элемента, установленного в цепь распространения позднего сигнала. Несложно предложить и другие формы использования сведений о минимально возможной задержке или о наибольшей возможной кратности максимального и минимального значений задержки. Полезны противогоночные схемы, построенные так, что в них, если и возникают, то только неопасные гонки, то есть такие, при которых отсутствует риск появления на выходе сигналов, не предусмотренных логическим выражением (законом функционирования).

Причины сбоев

Причиной риска сбоя может быть неправильно спроектированная схема. Примером такой схемы является генератор двухфазной системы синхронизации (рис. 1). Задержка переключения триггера в данном случае приводит к появлению статических рисков сбоя на выходе при переходе с набора на набор и на выходе при переходе с набора на набор. Устранить эти сбои можно схемотехническими (структурными) методами.

Рис.1.Схема, порождающая риски сбоя

На рис. 2, б комбинационная схема выполнена на вентилях ИЛИ. Из соответствующих временных диаграмм видно, что в этом случае риски сбоя не появляются. Выходные сигналы и при необходимости можно инвертировать. На рис. 2, в оставлены вентили И, а D-триггер заменен на JK-триггер, срабатывающий по переходу 10 на его тактовом входе. Временные диаграммы показывают на отсутствие в данной схеме рисков сбоя.

Рис.2.Схема, устраняющая риски сбоя


Методы устранения

Тактирование

Суть тактирования заключается в следующем. По всему цифровому устройству разводится единая система тактирующих (синхронизирующих) сигналов, обеспечивающих запись информационных данных в регистры через время, которое превышает самый длинный процесс неопределенности, то есть самую большую задержку во всех трактах схемы.

Рис.3.Метод тактирования


Стробирование

Если же необходимо лишь очистить сигнал от рисков сбоя, а не запомнить его, то используется метод стробирования, реализуемый соответствующим построением комбинационной схемы.

Рис.4.Метод стробирования

Достоинства методов

Достоинством тактирования и стробирования является то, что разработчику не требуется вникать в специфику протекания переходных процессов, в характер возникающих гоночных ситуаций, не нужно знать минимального значения задержки и т. д. Все, что должен знать разработчик, - это максимально возможную задержку самого длинного тракта логической схемы, а ее легко вычислить по паспортным данным используемых элементов. Полезно помнить, что стробирование осуществляется комбинационной схемой и деформирует длительность информационного сигнала, а тактирование осуществляется последовательностной схемой и сдвигает во времени информационный сигнал.

Список источников

  1. http://www.studfiles.ru/preview/1563102/page:2/
  2. Комбинационная логика [Электронный ресурс] : Материал из Википедии — свободной энциклопедии : Версия 69813186, сохранённая в 08:16 UTC 6 апреля 2015 / Авторы Википедии // Википедия, свободная энциклопедия. — Электрон. дан. — Сан-Франциско: Фонд Викимедиа, 2015. — Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/?oldid=69813186
  3. http://digteh.ru/Sxemoteh/dig/Comb/